葡萄脱落之谜：CAE仿真带你一探究竟

满筐圆实骊珠滑，入口甘香冰玉寒。

——元·郑允端《葡萄》

葡萄的前六阶固有频率和振型

1 建立几何模型

2 建立分析项目

葡萄谐响应分析流程

3 定义材料属性

双击Engineering Data，右击空白界面选择Engineering Data Sources，点击欲添加材料后面的“+”号，或者根据下方表格依次修改葡萄、藤枝和果梗所需材料属性。

4 进行网格划分

考虑到葡萄、藤枝、果梗形状不规则，采用自动网格划分，合理控制单元尺寸，并进行网格质量检查。具体参见前期文章：干货 | ANSYS Workbench网格质量评价。

5 约束模态分析

模态分析是研究葡萄动力特性的基础，主要探究其固有频率和振型。当外界激励频率与葡萄固有频率接近时，会发生振动幅值异常放大的共振现象，从而导致葡萄脱落。

葡萄的前六阶固有频率和振型

点击Analysis Settings修改模态数量，获取大于葡萄振动激励最大频率1.5倍的固有频率，保证所截取的模态有效质量分数≥90％。右击Modal，选择Solve求解计算。

6 谐响应分析

1) 单击模型树中的Harmonic Response，选择Analysis Settings，在下方面板的Options中依次设置频率范围、频率间隔、阻尼系数等相关参数。具体参见前期文章：干货 | ANSYS Workbench谐响应分析。

2) 单击模型树中的Harmonic Response，选择Environment工具栏中的loads，添加Force，图形区选中葡萄藤枝的上端截面为力的作用区域，并在Definition中设置力的数值大小Magnitude、作用方向Define By等。

葡萄位移响应云图及节点随频率变化曲线

藤枝下部分浆果相对稳定，而右上部浆果则更容易摆动和掉落，最容易掉落的区域集中在右上部，因此葡萄谐响应仿真模型可为葡萄机械化采收提供理论依据。

7 随机响应分析

点击模型树中的Random Vibration ，选择Environment工具栏中的RS Base Excitation（基础激励响应分析），选择加速度功率谱密度PSD GAcceleration，来模拟葡萄所处的随机振动环境，下方表格中Tabular Data设置数据。

葡萄各向随机响应最大应力分布云图

通过CAE仿真分析，可以发现葡萄脱落主要与果梗的力学特性有关。果梗作为连接葡萄与藤枝的关键部位，其强度和韧性直接影响到葡萄的稳定性。当外界力学环境超过果梗的承受范围时，葡萄便会脱落。

CAE仿真技术在果蔬采栽、甘蔗收割、农作物倒伏等农业种植领域应用广泛。关注我们，让我们一起探索农业科技发展，用科技力量助力农业生产。在此向扎根祖国大地，把论文写在祖国大地，为劳动人民做出贡献的科研人员致敬！

[2] Vibration analysis and experimental study of the effects of mechanised grape picking on the fruitestem system.